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第五章 結論與未來展望：
總結本論文提出之方法及實作結果，討論未來挑戰及可能的改善方向。
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在區塊驗證過程中，一旦該區塊之 Hash 值與上個區塊驗證後不正確，該區塊將 被其他節點識別出來，並無法被加入在區塊鏈中，使得區塊鏈有著不可竄改的特 性。
圖 2-1 比特幣區塊連接示意圖
2.1.2 區塊鏈 1.0: 數位貨幣
比特幣是最早出現的加密貨幣，代表了區塊鏈技術平台，其所運用的分散 式帳本技術(Distributed Ledger Technology, DLT)，是一種依賴分散式網路共識 機制運行的電子現金支付系統，同時也是一種協定與數位貨幣。對於目前現行 的加密貨幣來說，區塊鏈底層技術、交易協定與加密貨幣等三個層級是一種通 用結構，如表2-1。每種加密貨幣都代表著一種貨幣與一種協定，例如萊特幣 在萊特幣協定上運作，而萊特幣運作於屬於萊特幣自有的區塊鏈之上，意即一 個獨立創建的區塊鏈，該貨幣擁有屬於自己的去中心化帳本。
表2-1 加密貨幣之通用結構
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加密貨幣的運作方式與傳統貨幣不同，其執行機制不須依賴政府、銀行等信 用擔保機構。比特幣的加密機制是採用非對稱式加密演算法，解密與加密都必須 使用兩個不同的密鑰，即為公鑰(public key)與私鑰(private key)。公鑰是對外公開 的，私鑰必須由用戶個人保管。公私鑰可用於訊息加密與數位簽章，如圖2-2，
當甲方想對乙方發送加密信息時，需要乙方的公鑰將訊息加密後發送給乙方，當 乙方得到該加密訊息後，以自己的私鑰解密。因此即使有第三方攔截該信息，但 沒有對應的私鑰解密，就無法獲得該加密信息，該流程為公鑰加密與私鑰解密。
用戶透過私鑰將交易記錄加密後，再讓外界使用該用戶的公鑰解密進行驗證，如 果驗證成功，就能確保該交易記錄為公鑰持有人所簽核，該流程為數位簽章。
圖2-2 公私鑰用途
(參考來源：對稱式與非對稱式加密技術)
從個人用戶的角度來看，用戶需要一個比特幣位址(address)、電子錢包。電 子錢包是由一對匹配的私鑰(private key)與公鑰(public key)所組成，私鑰是使用 SHA-256 演算法生成，用於比特幣交易時的加密簽章，公鑰則用於接收比特幣，
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若要將電子錢包解鎖必須同時使用私鑰與公鑰。當用戶接收比特幣時，只需提供 公鑰給另一方;當用戶轉出錢包中的比特幣時，就必須提供公鑰以及由私鑰生成 的加密簽章，當接收者驗證交易時，會先檢驗公鑰的 hash 值與轉出的錢包位址 是否相符，若相符時再檢驗加密簽章是否由對應的私鑰所加密。
比特幣的開發概念和結構具有高度的可移植性與可擴展性，核心特性為去中 心化、可追溯性、不可竄改性等，為後續的區塊鏈2.0 與區塊鏈 3.0 帶來新的概 念並奠定基礎，針對不同的應用場景有著更深入的開發。
2.1.3 區塊鏈 2.0: 智能合約
2014 年區塊鏈技術有著顯著的提升，並以智能合約(Smart Contract)為發展核 心，意即能夠在區塊鏈上自動執行的程式。智能合約[2]的概念早在 1994 年由學 者尼克
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薩博(Nick Szabo)首次提出，將智能合約定義為一種以信息化傳播、驗證 或執行的數位協定，並且被允許在沒有第三方的情況下執行可信任之交易，該交 易具有不可逆轉性以及可追溯性。當時並沒有智能合約合適的實現環境，直到區 塊鏈1.0 階段，去中心化平台的出現，智能合約的概念得以被實現。圖2-3 智能合約示意圖
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最具代表性的去中心化區塊鏈應用平台為以太坊(Etheruem)，其論文《A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform》[3]，強調智能合 約為其平台之主要特色。以 Ethereum Virtual Machine 建立可編寫程式的區塊鏈，
使大眾皆可使用區塊鏈技術建立去中心化應用(Decentralized Application, DApp)，
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圖2-4 智能合約與區塊鏈互動示意圖
2.1.4 區塊鏈 3.0: 共享經濟模式
主要為將分散式帳本技術應用於更多元的實際場景，區塊鏈技術不僅有可能 重塑貨幣市場、支付交易、金融服務等，還可能為更多產業與領域提供資源重新 配置的服務，以價值互聯網為核心。區塊鏈能夠對於每個互聯網中具有價值性的 信息進行產權的確認、計量與儲存，進而實現資產在區塊鏈上可被追溯與交易，
有價值的事物以程式形式數位化。例如共享汽車的使用權、不動產證明、醫療紀 錄、能源、保險理賠。區塊鏈3.0 的應用將會跨足至社會自治與智能化領域，包 括法律、身份認證、物流、醫療、簽證、投票、公共記錄等，應用範圍擴大至自 治社會組織。區塊鏈改進這些領域的服務流程，同時也翻轉其傳統的商業模式，
帶來豐富多元的價值交換，促使社會形成一個多種設備的價值互聯世界。
區塊鏈與物聯網(Internet of Thing)的結合也因此興起，以加密貨幣 IOTA [4]
為例，其主要為提供物聯網上各個機器之間資訊安全的通訊以及支付交易，目標 是讓機器之間可以互相買賣各種資源、數據與服務。IOTA 推出非線性的去中心 化網路Tangle，是第一個不用手續費的分散式帳本系統，也不像其他區塊鏈網路 需要礦工驗證交易，Tangle 將驗證交易的工作分散給網路中每位交易者，每次交 易時負責驗證前兩筆交易，只需付出少量的運算，因此不需額外的獎勵提供給礦 工。
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同時 Tangle 也用於物聯網硬體裝置的數據儲存，因其檔案相當輕量，Tangle 上 儲存並交換數據相當便利，IOTA 相較於其他區塊鏈，其可擴展性大幅躍進，使 得區塊鏈去中心化的科技應用更為蓬勃發展。
2.1.5 共識機制 (Consensus Mechanism)
區塊鏈技術主要由四大技術所組成，分別為密碼學、共識機制、點對點網路 (P2P Network)以及分散式帳本儲存技術。由於區塊鏈網路為 P2P 網路，每筆交易 都存有較高的網路延遲，網路中的節點所接收到的交易先後順序可能不一致。為
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圖 2-5 CAP 定理
區塊鏈網路本質上為一個大型分散式系統，共識機制對於區塊鏈網路整體的 效能、安全性與可靠性有深遠的影響，在 CAP 定理限制下，針對需求在三項特
點中取得平衡。目前沒有一種共識機制可以適用於所有的區塊鏈，係根據不同的
應用場景，將合適的共識機制導入區塊鏈網路中。常見的共識演算法為：工作量 證明(Proof-of-Work, PoW) [8]，權益證明( Proof-of-Stake, PoS) [9]，委託權益證明 (Delegated Proof-of-Stake, DPoS) [10]，實作拜占庭容錯演算法 (Practical Byzantine Fault Tolerance, PBFT) [11]，Raft (Raft Consensus Algorithm)共識演算法[12]。
• 工作量證明（
Proof-of-Work
，PoW
）工作量證明(PoW)共識演算法目前被比特幣和許多其他加密貨幣所採用，特 點是難以運算，容易驗證。該區塊鏈本身使用雜湊函式來達到資料的正確性，工 作量證明對於區塊鏈是簡明的設計。區塊驗證流程為：當新區塊欲添加到區塊鏈 時，網路中的眾多節點各自進行大量的窮舉運算，並且互相競賽計算出該區塊的 Hash 值，當某一節點計算出與條件相符的結果後，其他節點會驗證該結果的有 效性，該節點即獲得該區塊之記帳權，並且能得到相對應之獎勵，此過程又稱為 挖礦，付出越多算力，獲得到的獎勵越多。
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(Delegated Proof-of-Stake, DPOS)是利用 PoS 原理創造一個選舉機制，選出特定 數量的節點，並由這些節點進行區塊驗證，此機制產生新區塊的速度快，且更加 去中心化。圖 2-7 PoS 特性
（參考來源：POCKET COIN 口袋區塊鏈）
• 實作拜占庭容錯演算法(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT) 起源於拜占庭將軍問題(Byzantine Generals Problem)，由於當時拜占庭羅馬帝 國國土遼闊，為了防禦目的，每個軍隊都分隔遙遠，將軍與將軍之間只能靠信差
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Kafka 最初由 Linkedin 開發與貢獻[13]，本質上為一個分散式訊息處理系統，
使用釋出-訂閱模型。消費者透過訂閱特定的主題，以便接收到新訊息的通知，生
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Kafka 的崩潰容錯機制是透過在多個 Kafka 代理之間複製分割槽來實現。如果 一個代理由於軟體或硬體故障掛掉，資料也不會丟失。過程中需要一個領導-跟隨 機制，領導者持有分割槽，跟隨者進行分割槽的複製。當領導者故障後，會有其 他跟隨者成為新的領導者。如果一個消費者訂閱了某個訊息主體，會藉由 zookeeper 服務來讀取訊息，zookeeper 是一個分散式 key-value 儲存庫，通常用於 儲存資料及叢集機制的實現，並且有故障容錯能力。Hyperledger Fabric 1.0 版本 中的共識機制提供 Kafka。
2.1.6 區塊鏈的密碼學技術特性(Cryptograph in Blockchain)
密碼學的相關技術在區塊鏈中為相當重要的應用，保證區塊中的數據不可竄 改、不可逆性和可追溯性，常見的主要技術有雜湊函數(Hash function)、Merkle tree 與非對稱式加密技術(Asymmetric encryption)。
• 雜湊函數
(Hash function)
雜湊函數是將任意長度的明文(plain text)映射為較短且長度固定的二進 位雜湊值(hash value)。如果更改明文中的一部分，所生成的雜湊值會發生改變，
要找到相同的雜湊值，在計算上是非常困難達成的，因此透過數據使用雜湊函數 所生成的雜湊值可以檢驗數據的完整性。雜湊函數可以用於區塊鏈技術的許多應 用，包括數位簽章、身份驗證、數據加密。在區塊鏈中常見的雜湊函數有 SHA-256，其所生成的雜湊值長度為 256 位元。
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圖2-9 Hash function 之工作原理 (參考來源：
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%95%A3%E5%88%97%E5%87%BD%E6%95%B 8)
• 數位簽章
(Digital Signature)
為一種電子簽章技術，使用雜湊函數與非對稱式加密技術，實作的公鑰(Public key infrastructure, PKI)技術。在 P2P 網路中，由於接收資料的一方，不能確定收 到的資料是否來自原發送人所傳送的，透過數位簽章的機制，可以保證資料的正 確性，並且有效防止傳送途中被攔截竄改的情形。區塊鏈網路中的每個帳戶都有 兩把鑰匙，分別為公鑰與私鑰，兩者在數位簽章中使用，有兩個主要流程：
簽署(Sign)：
Alice 將欲傳送給 Bob 的資料透過 Hash 函數得到 Hash 值後，再使用 Alice 自己的私鑰進行加密，最後將加密訊息與資料傳送給Bob。
驗證(Verify) :
Bob 收到加密資料後，透用 Hash 函數取得該資料的 Hash 值，並利用 Alice 的公鑰解密得到 Hash 值，兩者相比後若正確，即可證明該資料確實為 Alice 所
Bob 收到加密資料後，透用 Hash 函數取得該資料的 Hash 值，並利用 Alice 的公鑰解密得到 Hash 值，兩者相比後若正確，即可證明該資料確實為 Alice 所